CN115977696A - 一种软岩隧洞交叉口支护施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软岩隧洞交叉口支护施工方法，包括相互衔接进行的土建开挖和支撑拱架支护，其中，土建开挖包括支洞开挖、导洞开挖和主洞开挖；支洞设计布置于主洞侧面构成交叉口，交叉口主洞上方设计开挖导洞；本发明施工方法在交叉口开挖支护过程中，采用钢支撑门架与主洞钢支撑连接形成有效的初支闭环，采用由支洞末端施工导洞，由导洞钢支撑架与钢支撑门架的组合形式进行主洞支护，在大型机械无法进入隧洞施工时，提前对交叉口支护施工形成有效闭环，解决了开挖过程中由于不良地质条件造成的开挖支护困难，施工过程中频繁的出现掉块、溜塌、变形等现象，克服因场地、空间限制影响施工进度缓慢的现象，提升了现场的施工质量。

Description

一种软岩隧洞交叉口支护施工方法

技术领域

本发明属于水利水电建设技术领域，尤其属于水利水电隧洞开挖施工技术领域，涉及水利工程隧洞交叉口开挖支护施工，具体是一种软岩隧洞交叉口支护结构及其施工方法。

背景技术

隧洞交叉口开挖在水利水电工程中经常遇到。目前常规的交叉口开挖支护多采用由支洞整体开挖至主洞内，再由支洞向主洞进行扩挖施工。存在的问题是由支洞向主洞开挖过程中如遇围岩较差部位，在开挖支护过程中容易出现掉块、溜塌、变形等现象，施工人员安全得不到保证。同时开挖支护速度严重滞后，开挖面无法及时得到支护施工，主洞的开挖施工进度受洞内操作空间以及施工平台影响，影响工期进度以及施工质量，同时存在较大的安全隐患。此种情况下快速、安全的进行隧洞交叉口的开挖支护施工就成了尤为关键的施工程序,安全、效率成为影响工程施工进度的重要问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述问题，提供了一种软岩隧洞交叉口支护结构及其施工方法。本发明可有效解决软岩隧洞交叉口支护施工中斜井施工安全问题，提高施工效率。

本发明通过以下技术方案实现：

一种软岩隧洞交叉口支护施工方法，其特征在于：施工方法包括相互衔接进行的土建开挖和支撑拱架支护，其中，土建开挖包括支洞开挖、导洞开挖和主洞开挖；支洞设计布置于主洞侧面构成交叉口，交叉口主洞上方设计开挖导洞；包括以下工艺方法：

首先进行支洞开挖并支护，支洞开挖支护至与主洞交叉处，在交叉处安装矩形钢支撑门架，钢支撑门架施工完成后，进行导洞开挖并支护，完成导洞开挖支护后，进行导洞段主洞支护，然后拆除导洞一侧边墙支护，形成主洞一侧开挖掌子面，在主洞一侧掌子面开挖符合空间要求后进行另一侧导洞边墙支护拆除，形成主洞上、下游双工作掌子面，主洞开挖空间满足后进行主洞顶拱以下开挖支护；

支洞支护和主洞支护采用钢拱架支撑结构；

交叉处安装的钢支撑门架由门架立柱、底部横撑和门架横撑支撑构成矩形框架支撑结构；门架立柱两根分别固定于交叉处两边侧墙，两门架立柱底部之间固定设置底部横撑、顶部之间固定设置门架横撑；门架横撑与支洞支护的顶梁之间间隔固定设置数根门架加强立柱，门架横撑与主洞顶部的主洞钢支撑延长梁连接支撑固定；

导洞支护由沿导洞开挖方向随挖即支的数组导洞钢支撑架构成，每组导洞钢支撑架包括导洞支撑左侧立柱、导洞支撑右侧立柱和两立柱顶部之间固定的导洞顶部横撑支撑构成；导洞顶部横撑设置于主洞预做的超前注浆小导管下方并与主洞顶部的主洞钢支撑焊接支撑撑固定；

支洞、导洞和主洞的边墙和拱顶均在开挖形成后即通过挂网喷混凝土护面。

本发明施工方法中，支洞、导洞和主洞的边墙各支撑立柱均通过锚固于岩体的锁脚锚管锚固。

本发明施工方法中，挂网喷混凝土护面由布置于各开挖表面的挂钢筋网和通过喷射固结的混凝土形成；其中，挂钢筋网通过钢支撑联系筋与相应位置立柱焊接固定。

本发明施工方法中导洞两侧边墙支护拆除形成主洞上、下游双工作掌子面后，将导洞段主洞分为主洞顶部剩余部位、主洞中台阶、主洞下台阶依次开挖并支护，再通过双工作掌子面进行主洞开挖。

本发明施工方法有益效果是：在交叉口开挖支护过程中，采用钢支撑门架的形式与主洞钢支撑连接形成有效的初支闭环，采用由支洞末端施工导洞，由导洞钢支撑架与钢支撑门架的组合形式进行主洞支护，在大型机械无法进入隧洞施工时，提前对交叉口支护施工形成了有效的闭环，很好的解决了开挖过程中由于不良地质条件造成的开挖支护困难，解决了软岩隧洞交叉口开挖支护施工过程中频繁的出现掉块、溜塌、变形等现象，解决了因场地、空间限制影响施工进度缓慢的现象，提升了现场的施工质量，对软岩隧洞交叉口开挖施工方法作出了创新。

附图说明

图1是本发明实施例中交叉口剖面示意图；

图2是本发明实施例中主洞与支洞、导洞位置关系示意图；

图3是本发明实施例中交叉口钢支撑门架结构剖面示意图；

图4是本发明实施例中导洞钢支撑架剖面示意图。

附图标记说明：1是钢支撑门架，2是门架立柱，3是支洞钢支撑，4是门架加强立柱，5是主洞钢支撑，6是底部横撑，7是门架横撑，8是导洞，9是导洞钢支撑架，10是导洞支撑左侧立柱，11是导洞支撑右侧立柱，12是超前注浆小导管，13是锁脚锚管，14是导洞顶部横撑，15是钢支撑联系筋，16是挂钢筋网，17是喷混凝土，18是主洞顶部剩余部位，19是主洞中台阶，20是主洞下台阶，21是支洞回填道路，22是支洞，23是主洞。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。

结合附图。

本发明软岩隧洞交叉口支护施工方法，包括相互衔接进行的土建开挖和支撑拱架支护，其中，土建开挖包括支洞22开挖、导洞8开挖和主洞23开挖；支洞22设计布置于主洞23侧面构成交叉口，交叉口主洞23上方设计开挖导洞8。

支洞22开挖至与主洞23交汇处时先将交叉处掌子面支护施工完成，并在交叉处支洞22末端安装一道矩形钢支撑门架1，用于后续主洞23交叉口初支闭环。支洞22与主洞23段支护完成后进行导洞8开挖支护，后续导洞段的主洞支撑采用导洞8作为操作空间安装，交叉口主洞钢支撑5底部一侧沿设计开挖线顺接至主洞23底板、靠支洞22另一侧连接至支洞22末端的钢支撑门架1上方，由于钢支撑门架1已提前接地，主洞23支护连接至钢支撑门架1上方后即形成完整的支护闭环。另外支护结构中各钢支撑、门架采用联接筋连接形成整体，采用锁脚锚管13对各钢支撑、门架底部进行固定，采用挂网钢筋16、喷混凝土17、系统锚杆、超前注浆小导管12形成护壳确保后续掌子面施工安全。

施工中：先将支洞22开挖支护至与主洞23交叉处，并在交叉处(支洞末端)安装一道矩形钢支撑门架1，钢支撑门架1施工完成后进行导洞8开挖支护，导洞8开挖呈矩形，导洞8开挖需满足机械施工要求，将导洞8开挖支护完成后将导洞段主洞23支护施工完成，导洞段主洞23支护施工完成后，根据现场情况拆除导洞23单侧边墙支护措施，形成主洞23开挖支护掌子面，在主洞23开挖支护至一定范围后可继续进行另一侧导洞8边墙的拆除，形成主洞23上、下游双工作面，主洞23开挖空间满足后可继续进行主洞23后续顶拱以下开挖支护。

钢支撑门架1包含有门架横撑7、门架立柱2、底板横撑6，还设置门架加强立柱4；门架横撑7位于门架最顶部位置与后续与主洞钢支撑5形成有效的连接：门架立柱2位于钢支撑门架1两侧用于后续主洞钢支撑5与门架顶部横撑7连接后形成有效的支撑闭环：门架加强立柱4位于门架横撑7下方支洞22钢支撑拱梁上方，用于增强钢支撑门架1顶部门架横撑7强度；底板横撑6位于钢支撑门架1最下方，用于门架立柱2两侧的支撑，确保两侧门架立柱2在受力后不会发生位移的现象。

导洞8设置在交叉口主洞23上部呈矩形，工人利用导洞8可直接在已支护的导洞8下方安装主洞钢支撑5，导洞8由支洞22末端进行开挖，导洞段的主洞钢支撑5可以直接通过导洞8与支洞22末端的钢支撑门架1进行有效的连接。

结合图1～图4，以下是施工程序及支护方法的优选实施例，用于具体说明本发明软岩隧洞交叉口支护施工方法。

某输水工程施工支洞与主洞相交为斜交，斜交角度42.65°，斜交宽度为13.136m。

如图1、图2所示，支洞全长582.23m为斜井布置，斜井坡比1:2.47，斜向下22.03°，斜井断面型式为城门洞形，衬砌后断面6.5×6m，非衬砌断面7.5×7m，衬砌厚度50cm。

主洞断面型式为马蹄形，衬砌后断面尺寸9.20m×9.20m，衬砌厚0.4m～0.7m，隧洞设计流量125m³/s，底坡i＝1/4200。

交汇段地层岩性为(T3ba)强风化粉砂质泥岩、钙质泥岩，夹薄层状粉砂岩、泥质砂岩，岩体较破碎～完整性差，存在变形、溜塌、掉块的风险。

针对该输水工程交叉口开挖支护需求，采用本发明设计的一种软岩隧洞交叉口支护结构与施工方法，支护结构包含：钢支撑门架1，主洞钢支撑5，导洞钢支撑9，超前注浆小导管12，锁脚锚管13，钢支撑联系筋15，挂钢筋网16，喷混凝土17。

钢支撑门架1由门架立柱2、支洞钢支撑3、门架加强立柱4、底部横撑6、门架横撑7、锁脚锚管13、钢支撑联系筋15、挂钢筋网16、喷混凝土17组成。提前在支洞22与主洞23交汇处将初期支护接至隧洞底板，为后续形成主洞23支护闭环创造条件。其中，门架加强立柱4能有效的加强门架抗弯强度，确保后续主洞钢支撑5连接至钢支撑门架1时支护结构满足要求。

将主洞钢支撑5与钢支撑门架1进行连接，形成交叉口完整的支护闭环，由超前注浆小导管12、锁脚锚管13、导洞顶部横撑14、钢支撑联系筋15、挂钢筋网16、喷混凝土17形成交叉口护壳，同交叉口支护闭环形成一套完整的支护型式。

支洞22开挖支护由钢支撑门架1、支洞回填道路21组成。钢支撑门架1安装在支洞22与主洞23交汇处同主洞钢支撑5连接形成主洞11支护闭环。导洞8施工采用支洞回填道路21作为施工通道。

导洞8开挖由导洞钢支撑9、导洞支撑左侧立柱10、导洞支撑右侧立柱11、超前注浆小导管12、锁脚锚管13、导洞顶部横撑14、钢支撑联系筋15、挂钢筋网16、喷混凝土17组成。导洞8开挖为后续主洞23支护施工提供工作面，同时由于导洞8施工时提前进行了加强支护，在后续主洞23施工过程中能及时的对开挖出来的工作面进行支护，尤其是可以有效地避免在复杂的地质条件下由于主洞23开挖过后围岩暴露时间过长、开挖断面较大导致围岩变形的情况。同时，主洞钢支撑5在导洞8开挖支护完成的前提下进行施工，最大限度的保证了现场施工人员的安全。

主洞23开挖支护先将主洞顶部剩余部位18开挖支护完成后进行导洞支撑左侧立柱10拆除，拆除后立即进行主洞23掌子面开挖支护，在将主洞23掌子面施工至一定范围后进行导洞支撑右侧立柱11拆除，拆除后立即进行掌子面开挖支护从而形成双工作面。在将上下游工作面打开后可根据现场实际情况进行主洞中台阶19、主洞下台阶20开挖支护施工。

施工时，先将支洞22开支护至主洞23边墙位置，即与支洞相交钢支撑门架1位置，钢支撑门架1满足安装条件后立即进行安装，钢支撑门架1安装完成后进行导洞8开挖，在将导洞8施工完成后进行主洞钢支撑5施工，主洞钢支撑5一侧按照主洞23原设计开挖线顺接至主洞23底部，一侧与门架横撑7连接，通过超前注浆小导管12、锁脚锚管13、钢支撑联系筋15、挂钢筋网16、喷混凝土17形成交叉口的支护闭环。以上施工完成后进行主洞23开挖支护施工，主洞23开挖支护先将导洞支撑右侧立柱11拆除，拆除后立即进行掌子面开挖支护从而形成双工作面。根据现场实际情况进行主洞中台阶19、主洞下台阶20开挖支护施工同时进行支洞回填道路21的挖除。交叉口施工完成。

具体讲，软岩隧洞交叉口支护结构与施工方法采用以下步骤进行施工：

A、采用全断面和台阶法开挖将支洞22开支护至主洞23边墙位置。

B、在支洞22尽头主洞23边墙位置安装钢支撑门架1。钢支撑门架1安装完成后进行导洞8开挖支护。

C、导洞8开挖支护完成后实施导洞段主洞支护施工。

D、导洞段主洞支护完成后进行主洞23开挖支护施工，在施工交叉口主洞下台阶20时同时进行支洞回填道路21的挖除。

E、交叉口施工完成，主洞23上下游正常开挖支护施工。

工程例对比：

针对本输水工程施工支洞与主洞相交为斜交，斜交角度42.65°，斜交宽度为13.136m。支洞断面型式为城门洞形，衬砌后断面6.5×6m，非衬砌断面7.5×7m，衬砌厚度50cm。主洞断面型式为马蹄形，衬砌后断面尺寸9.20m×9.20m，衬砌厚0.4m～0.7m，隧洞设计流量125m³/s，底坡i＝1/4200。且交汇段地层岩性为(T3ba)强风化粉砂质泥岩、钙质泥岩，夹薄层状粉砂岩、泥质砂岩，岩体较破碎～完整性差,存在变形、溜塌、掉块的风险。如果按照原来的由支洞直接开挖支护进入主洞，开挖存在一定风险，存在支洞向主洞开挖过程中如遇围岩较差部位，在开挖支护过程中容易出现掉块、溜塌、变形等现象，施工人员安全得不到保证。同时开挖支护速度严重滞后，从而出现开挖面无法及时得到支护施工，主洞的开挖施工进度受洞内操作空间以及施工平台影响，影响工期进度以及施工质量，同时存在较大的安全隐患。在使用了该软岩隧洞交叉口支护结构与施工方法后，施工人员开支护过程中操作空间满足施工条件，提高开挖支护质量，提高了交叉口支护强度。从而提高了施工效率、施工质量，又提高了软岩隧洞交叉口施工的安全性。

Claims (4)

1.一种软岩隧洞交叉口支护施工方法，其特征在于：施工方法包括相互衔接进行的土建开挖和支撑拱架支护，其中，土建开挖包括支洞开挖、导洞开挖和主洞开挖；支洞设计布置于主洞侧面构成交叉口，交叉口主洞上方设计开挖导洞；包括以下工艺方法：

首先进行支洞开挖并支护，支洞开挖支护至与主洞交叉处，在交叉处安装矩形钢支撑门架，钢支撑门架施工完成后，进行导洞开挖并支护，完成导洞开挖支护后，进行导洞段主洞支护，然后拆除导洞一侧边墙支护，形成主洞一侧开挖掌子面，在主洞一侧掌子面开挖符合空间要求后进行另一侧导洞边墙支护拆除，形成主洞上、下游双工作掌子面，主洞开挖空间满足后进行主洞顶拱以下开挖支护；

支洞支护和主洞支护采用钢拱架支撑结构；

交叉处安装的钢支撑门架由门架立柱、底部横撑和门架横撑支撑构成矩形框架支撑结构；门架立柱两根分别固定于交叉处两边侧墙，两门架立柱底部之间固定设置底部横撑、顶部之间固定设置门架横撑；门架横撑与支洞支护的顶梁之间间隔固定设置数根门架加强立柱，门架横撑与主洞顶部的主洞钢支撑延长梁连接支撑固定；

导洞支护由沿导洞开挖方向随挖即支的数组导洞钢支撑架构成，每组导洞钢支撑架包括导洞支撑左侧立柱、导洞支撑右侧立柱和两立柱顶部之间固定的导洞顶部横撑支撑构成；导洞顶部横撑设置于主洞预做的超前注浆小导管下方并与主洞顶部的主洞钢支撑焊接支撑撑固定；

支洞、导洞和主洞的边墙和拱顶均在开挖形成后即通过挂网喷混凝土护面。

2.根据权利要求1所述的软岩隧洞交叉口支护施工方法，其特征在于：支洞、导洞和主洞的边墙各支撑立柱均通过锚固于岩体的锁脚锚管锚固。

3.根据权利要求1所述的软岩隧洞交叉口支护施工方法，其特征在于：挂网喷混凝土护面由布置于各开挖表面的挂钢筋网和通过喷射固结的混凝土形成；其中，挂钢筋网通过钢支撑联系筋与相应位置立柱焊接固定。

4.根据权利要求1所述的软岩隧洞交叉口支护施工方法，其特征在于：导洞两侧边墙支护拆除形成主洞上、下游双工作掌子面后，将导洞段主洞分为主洞顶部剩余部位、主洞中台阶、主洞下台阶依次开挖并支护，再通过双工作掌子面进行主洞开挖。

Images